La caractérisation des eaux au Bénin est analysée à travers l’étude physicochimique, chimique et microbiologique du cours d’eau du ranch faunique de Gbadagba. Les résultats mettent en évidence une pollution chimique et microbiologique, entraînant la mortalité des poissons dans cet écosystème aquatique.
PARAMETRES PHYSIQUES, PHYSICO-CHIMIQUES, CHIMIQUES ET MICROBIOLOGIQUE DE SUIVI DE LA POLLUTION DES EAUX DE SURFACES
Paramètres physiques de suivi de la qualité des eaux de surface
1. La température
La température est un facteur important de la vie, elle s’exprime en degré Celsius ou en Kelvin et permet d’avoir une idée sur l’agitation thermique des substances en présence. Les êtres vivants sont très sensibles à sa variation. Son élévation conduit à la dénaturation des enzymes et empêche le fonctionnement normal de l’organisme. Elle conditionne la solubilité des substances en solution, la conductivité électrique, le métabolisme, …
(Akotègnon, 2022). Elle permet de classer les bactéries en fonction de la température optimale de leurs enzymes caractéristiques : les bactéries thermophiles (Température au- dessus de 50oC, les bactéries mésophiles (Température voisine de 30oC), les bactéries psychrophiles (de 0 à 15oC) et les bactéries cryophiles (-5 à 0oC) (Degrémont, 2005). La température est un paramètre important intervenant dans les équilibres chimiques et biologiques ; il conditionne la saturation en oxygène dissous des eaux et par conséquent influence considérablement la vie aquatique (Behra, 2013).
Dans un processus de traitement de l’eau, une diminution de la température de l’eau entraîne l’augmentation de sa viscosité, des forces de cisaillement et un rétrécissement de la plage optimale de pH de traitement, cela complique le traitement de l’eau (Desjardins, 1990).
2. La turbidité
La turbidité est un paramètre caractérisant l’état turbide d’une eau et est appréciée par la mesure de la limite de visibilité par la méthode au platine ou la méthode au disque de Secchi ou plus scientifiquement par la mesure de la lumière diffusée à 90o par rapport à la lumière incidente dans des turbidimètres étalonnés régulièrement par des témoins opalescents au formazine (Degrémont, 2005).
Elle est l’inverse de la limpidité d’une eau et permet de quantifier approximativement les colloïdes, les limons, les argiles et autres matières non décantables en présence dans le milieu de mesure (Behra, 2013 ; Akotègnon, 2022). Ce paramètre s’exprime soit en l’Unité de Turbidité Néphélométrique (NTU ou UTN en français), soit en Unité Néphélométrique à la Formazine (FNU), soit en Unité de turbidité formazine (FTU), soit en Turbidité Formazine par atténuation (TFA ou FAU), soit en Unité de Turbidité Jackson (JTU).
La Nephelometric Turbidity Unit (NTU) est l’unité standard de mesure de la turbidité. La FNU est la plus souvent utilisée lorsque l’on se réfère à la méthode de turbidité ISO 7027 (européenne). La NTU est mesurée grâce à un appareil du nom de turbidimètre qui fonctionne selon le principe spectrométrique. Sa valeur trop élevée en milieu aquatique peut entraîner le colmatage des branchies des poissons conduisant à leur mort.
La turbidité des eaux de surface est en grande partie due à la présence des particules colloïdales de grandes tailles de 0,2 à 5,0 µm de diamètre (Desjardins, 1990). En traitement de l’eau, elle doit être éliminée pour permettre une bonne désinfection de l’eau, par l’élimination des polluants adsorbés aux particules en suspension, éviter les dépôts le long des conduites de distribution et surtout pour inspirer confiance aux consommateurs (Degrémont, 2005).
3. Conductivité
La conductivité d’une eau est la conductance d’une colonne d’eau comprise entre deux électrodes métalliques de 1 cm2 de surface et séparées l’une de l’autre de 1 cm (Rodier, 2009). La majorité des matières dissoutes dans les eaux naturelles sont sous formes ioniques. Plus ce paramètre est élevé, plus l’eau soumise aux analyses est chargée d’ions (Akotègnon, 2022). Exprimée en siemens par mètre (S/m) ou en microsiemens par centimètre (µS/cm), la conductivité est globalement mesurée avec une sonde conductimétrique et fournit une indication capitale sur la concentration totale en sels dissous (Behra, 2013). La conductivité varie en fonction de la température et de la quantité de sels dissous dans l’eau (Degrémont, 2005).
4. La couleur
La couleur vraie obtenue après filtration est due à la présence de matières organiques dissoutes ou colloïdales et est mesurée par comparaison à une solution de référence de platine-cobalt exprimée en degré Hazen ou en mg/L ; son élimination permet non seulement de rendre l’eau à boire agréable mais aussi conduit à l’élimination de certaines matières organiques indésirables comme les précurseurs des haloformes ou trihalométhanes (THM) (Degrémont, 2005 ; Desjardins, 1990). De façon historique, la couleur ou l’aspect des eaux usées permettaient d’estimer leur âge (Behra, 2013).
5. Les matières en suspension (MES)
Matières en suspension (MES) est un paramètre qui englobe tous les éléments en suspension dans l’eau dont la taille permet leur rétention sur un filtre de porosité donnée ou par rassemblement sous forme de culot par centrifugation, qu’on pèse pour déterminer la quantité de MES en mg/Litre d’eau analysée (Akotègnon, 2022). Aucune corrélation générale n’existe entre MES et la turbidité mais une telle corrélation pourrait être établie pour chaque eau (Degrémont, 2005). La présence de ces matières dans l’eau fait mention d’une pollution physique qui n’est rien d’autre que la présence d’objets flottants dans la colonne d’eau (Djalila et al., 2020). Elles regroupent des particules organiques et inorganiques (minérales) qui sont insolubles dans l’eau (Behra, 2013).
Paramètres physico-chimiques de suivi de la qualité des eaux de surfaces
1. L’oxygène dissous
L’oxygène dissous est très indispensable pour la vie aquatique animale car leur survie en dépend. Dans les milieux aquatiques, l’oxygène dissous provient soit de l’aération des surfaces d’eau par l’air qui circule ou de la photosynthèse des plantes aquatiques. La disponibilité de cet oxygène dissous dépend des matières organiques biodégradables en présence, de la température, de l’altitude, de la profondeur, de l’heure de la journée, des microorganismes présents dans le milieu (Akotègnon, 2022).
La détermination de ce paramètre se fait par plusieurs méthodes telles que : la méthode volumétrique (la méthode de Winkler) et la méthode potentiométrique. La méthode volumétrique est souvent utilisée si l’échantillon à analyser ne contient pas de substances réductrices ou oxydantes comme des sulfures, sulfites, nitrites ou chlore (Rodier, 2009).
2. Les Solides Totaux Dissous :
TDS (Total Dissolved Solids) signifie sels totaux dissous et représente la concentration totale des substances dissoutes dans l’eau (sels organiques ou matières inorganiques) qui peuvent issus des sources naturelles ou des activités anthropiques (Houemenou, 2010). Il est très important de contrôler le TDS de son eau car les niveaux élevés des TDS sont pour la plupart dus non seulement aux ions chlorures, sodium et potassium mais aussi aux ions toxiques (arsenic, plomb, cadmium, nitrates et autres) dont la présence dans l’organisme est source de danger (Josmose, 2020).
3. Potentiel d’Oxydo-Réduction (POR)
Le potentiel d’oxydo-réduction (POR) ou Oxydo-Reduction Potentiel (ORP) en anglais mesure la capacité d’un lac ou d’une rivière à s’auto-épurer ; lorsque le POR est élevé, il y a beaucoup d’oxygène dans l’eau (Datastream, 2019). La consommation fréquente d’une eau de boisson très oxydante (eau possédant un ORP élevé) peut entraîner le vieillissement prématuré des cellules du corps à l’origine des scléroses, la maladie de Parkinson, l’Alzheimer ; la marge de -300 mV à -200mV est très conseillée pour la consommation humaine et surtout, il est fortement déconseillé d’avoir un POR en dessous de -400mV (Aqualife, 2017). Le POR présente une influence capitale sur la mobilité des métaux dans les eaux et sédiments (Batoul, 2018).
4. Salinité
La salinité désigne la quantité de sels dissous dans un liquide. Selon le dictionnaire français la salinité est l’état de ce qui contient du sel, des sels (Trésor de la Langue Française Informatisé, 2018). Selon EDUTERRE, la salinité est exprimée en g/Kg d’eau et représente la masse de sel dissous dans 1L. Exprimée en milligramme par Litre (mg/L), la salinité totale est la somme des cations et des anions présents (Degrémont, 2005).
5. Le potentiel Hydrogène (pH)
Le potentiel hydrogène (pH) permet de connaître le niveau d’acidité de l’échantillon. Plus le pH s’éloigne du pH neutre, plus la vie biologique devient difficile ; s’il oscille dans la marge 5 à 9, cela facilite la vie et la croissance de la flore et faune aquatiques. Il varie en fonction de la température et sa détermination se fait par colorimétrie ou par potentiométrie (Akotègnon, 2022).
C’est un paramètre important qui joue sur les équilibres chimiques et biologiques ; en jouant donc sur l’équilibre, il peut avoir d’interaction ou amplification de l’action d’autres polluants, l’ammonium NH4+ dont la toxicité dépend de la fraction d’ammoniac NH3 est un exemple (Behra, 2013). En traitement de l’eau, le pH est un paramètre fondamental à prendre en compte au moment de la coagulation car à chaque eau, correspond une plage de pH optimal de traitement.
En dehors de cette plage optimale, soit on utilise une quantité importante de coagulant ou on corrige le pH en essayant de le ramener dans la marge optimale par usage de neutralisant (acide, chaux ou la soude) pour pouvoir produire une eau de qualité (Desjardins, 1990). Une solution aqueuse est de nature acide si son pH<7 et basique à pH>7 (Degrémont, 2005).
6. Demande chimique en oxygène (DCO)
La demande chimique en oxygène (DCO) représente la totalité de la pollution carbonée biodégradable et réfractaire à l’activité biologique. Elle est toujours supérieure à la DBO5 (Behra, 2013). Dans les analyses, elle correspond à la concentration d’oxygène équivalente à la quantité de dichromate de potassium consommé car sa détermination se fait par l’oxydation à chaud des matières dissoutes ou non par le dichromate de potassium (oxydant) en excès en présence de sulfate d’argent (agent catalysant la digestion) et du sulfate mercurique (responsable de la précipitation des ions chlorures en présences qui pourraient interférer avec l’argent contenu dans le réactif en précipitant pour former une solution laiteuse) (Degrémont, 2005). La quantité de dichromate de potassium introduite
étant connue, on dose la quantité n’ayant pas réagi soit par spectrométrie ou par titrimétrie au sel de Mohr et on déduit la quantité ayant participé à la réaction (Rodier, 2009).
7. Demande biochimique en Oxygène sur 5 jours (DBO5)
C’est la quantité d’oxygène consommée à 20oC et à l’obscurité pendant un temps donné pour assurer par voie biologique l’oxydation des matières organiques présentes dans l’eau (Degrémont, 2005). Elle représente la pollution carbonée dégradable et permet d’évaluer la quantité de dioxygène dissous exprimée en milligramme d’O2 par Litre, consommé par des micro-organismes aérobies dans les conditions de l’essai (incubation 5jours à 20°C et en obscurité) lors de la dégradation des composés organiques biodégradables présents dans l’échantillon analysé (Behra, 2013). Ce paramètre est le plus utilisé pour déterminer la pollution organique des eaux usées et aussi des eaux de surfaces. Pour sa détermination, on utilise généralement deux méthodes : la méthode de dilution détaillée par la norme NF EN 1899-1 et la méthode manométrique qui est basée sur l’usage des appareils fonctionnant sur des principes manométriques permettant de suivre, en récipients fermés, l’évolution de la disparition de l’oxygène dans l’atmosphère (Degrémont, 2005).
8. L’azote total (NT)
L’azote global ou total (en mg/L d’eau analysée) représente la somme de toutes les autres formes réduites et oxydées de l’azote pouvant exister dans divers compartiments de l’environnement. La première catégorie d’azote regroupe l’azote ammoniacal (N-NH3 et N-NH4+) et l’azote organique constitué dans les composés organiques azotés (protéines, polypeptides, acides aminés, …).
La seconde catégorie comprend l’azote nitreux N-NO2- et l’azote nitrique N-NO3- (Degrémont, 2005). La première catégorie est souvent dosée par la méthode dite de Kjeldahl après minéralisation et la seconde catégorie par la méthode décrite dans la norme ISO 13395 de 1996 (Akotègnon, 2022). L’ion ammonium (N-NH4+) est un agent consommateur de l’oxygène des milieux aquatiques (nitrification), l’ammoniac (NH3) et l’azote nitreux (N-NO2-) sont toxiques pour la vie piscicole et l’azote nitrique (N-NO3-) est un agent intervenant dans la dystrophisation des milieux aquatiques (Behra, 2013
; Desjardins, 1990).
9. Phosphore total (PT)
Phosphore total (en mg/L d’eau analysée) est une quantité obtenue par la sommation du phosphore que contient les orthophosphates, les polyphosphates et le phosphate organique (Akotègnon, 2022). Le phosphore provient de la décomposition des engrais phosphatés
industriels ; le phosphore sous forme d’orthophosphate (PO43-) est la principale forme incriminée en pollution des eaux à cause de son intervention capitale dans le processus de dystrophisation des milieux aquatiques (Behra, 2013 ; Yahiatene et al., 2010 ; Desjardins, 1990). Deux méthodes peuvent être utilisées pour la précipitation des phosphates dans un effluent : la précipitation par la chaux pour le cas des effluents acides et la précipitation par des sels d’aluminium ou de fer (Degrémont, 2005).
Paramètres microbiologiques de suivi de la qualité des eaux de surface
1. Coliformes totaux
Les coliformes décrivent des bactéries à coloration de Gram négative fermentant le lactose avec production de gaz à 35-37 °C en 48 h, ce sont des bacilles non sporulants, donnant une réponse négative au test à l’oxydase, aérobies ou anaérobies facultatives, capables de cultiver en présence de sels biliaires ou équivalents.
La détection des bactéries coliformes (y compris la bactérie E. coli) dans l’eau indique une contamination fécale récente démontrant que des agents pathogènes fécaux (des parasites et des virus) peuvent être présents constituant un risque pour la santé des personnes ; sa détermination permet de s’assurer de la sécurité à des fins de consommation ou récréatives (la natation, la navigation de plaisance et la pêche) (DataStream, 2021).
Les coliformes totaux sont des entérobactéries qui incluent des espèces bactériennes qui vivent dans l’intestin des animaux homéothermes, mais aussi dans l’environnement en général (INSPQ, 2022).
2. Coliformes fécaux
Les coliformes fécaux, ou coliformes thermotolérants, sont un sous-groupe des coliformes totaux capables de fermenter le lactose à une température de 44,5 °C. L’espèce la plus fréquemment associée à ce groupe bactérien est l’Escherichia coli (E. coli) et, dans une moindre mesure, certaines espèces des genres Citrobacter, Enterobacter et Klebsiella (Elmund et al., 1999; Santé Canada, 1991; Edberg et al., 2000).
3. Escherichia coli (E. coli)
Escherichia coli (E. coli) producteur de shigatoxines est une bactérie que l’on trouve couramment dans le tube digestif de l’être humain et des animaux à sang chaud ; certaines souches de E. Coli sont inoffensives mais d’autres comme productrices de shigatoxines, peuvent provoquer de graves maladies d’origine alimentaire (OMS). La transmission à
l’homme passe principalement par la consommation d’aliments contaminés, comme de la viande hachée crue ou mal cuite, du lait cru, des légumes crus et des graines germées contaminés
4. Les streptocoques
Les streptocoques (le genre Streptococcus) regroupent un vaste ensemble de bactéries ubiquitaires et qui comprend de nombreuses espèces. En raison de leur nombre, on distingue les espèces pathogènes des espèces commensales et saprophytes. Certaines d’entre elles sont étudiées pour leurs capacités tumoricides et envisagées pour des traitements contre le cancer.
5. Salmonelle
Salmonella (en français les Salmonelles) est un genre de bacilles Gram négatifs (BGN) de la famille des Enterobacteriaceae. Son nom fait référence au vétérinaire Daniel E. Salmon.